據悉，一款超薄內窺鏡成功研發，其尺寸小到可以掃描小鼠血管內部的圖像。如果應用到人類醫學，將幫助科學家更好地了解心臟病發作和疾病進展的原因，以及隨后的治療和預防方法。

通過內窺鏡對內部器官進行高分辨率可視化的技術越來越多的應用于醫學檢測、手術過程中。特別是，使用光學相干斷層掃描（OCT）的光纖內窺鏡可提供深度分辨成像，已用于超過410,000名患者，以改善臨床療結果。小型內窺鏡探頭在對于不引起組織創傷的情況下對小管腔或脆弱器官成像是必需的。然而，當前的制造方法限制了高度小型化的探針的成像性能，從而限制了它們的廣泛應用。

7月20日，來自澳大利亞阿德萊德大學醫學院、光學先進傳感研究所的Jiawen Li和德國斯圖加特大學應用光學研究所（ITO）和SCoPE研究中心的Simon Thiele在Nacture上發布的《Ultrathin monolithic 3D printed optical coherence tomography endoscopy for preclinical and clinical use》一文展示了他們利用3D微打印技術開發的新型超薄探針裝置，為了制造這種裝置，他們在一根不比人類頭發厚的光纖末端上打印鏡頭，形成了探針結構（如下圖所示）。據Simon Thiele介紹，他們研發出來的成像設備是目前世界上現存最小的內窺鏡。

3D打印超薄內窺鏡可對動脈成像。圖片來源：Simon Thiele和Li Jiawen Li

盡管現在手術過程中利用內窺鏡非常普遍，但對于微型高分辨率窺鏡仍然存在實際但尚未滿足的需求，這些光纖內窺鏡不僅能夠對細小狹窄的管腔器官和小型動物進行成像，而且還可以防止因插入探針而引起的潛在手術事故。具體而言，高分辨率和大深度的聚焦對于病理變化的有效監視是必要的但是用小型化的內窺鏡來實現是極其困難的。

例如，小鼠模型是心血管疾病常用的動物模型，根據參考文獻，直徑為483μm的微型探針可用于小鼠血管內成像。但是，用于小鼠的該探針由于聚焦深度短，無法對深度小于100μm的微觀結構進行成像，并且缺乏分辨率，無法提供相關結構的可視化顯示，例如脂肪細胞，膽固醇晶體(CCs)和結締組織，這些大小在幾十微米范圍內的組織。

常見的消化內鏡手術

TS小鼠模型中的NIRAF成像和斑塊內出血

當前的探針制造技術在高度小型化的探針這塊時受到限制，導致球面像差、低分辨率或淺焦深。在光學設計中，傳統上需要權衡高分辨率（大數值孔徑，NA），從而導致光束發散迅速，聚焦深度較小，而分辨率差（NA較小），無法實現較大的聚焦深度 。在光學相干斷層掃描成像中，因為內窺鏡和血管內探針部署在透明的導管鞘內，既保護動物或患者在探針旋轉進行掃描時免受創傷，又防止在多個動物之間重復使用時的交叉污染。

在光學上，這種透明鞘相當于負柱面透鏡，并引起散光。散光增加了小型化探針的橫向分辨率的衰減。因此，對這些非色差的校正對于用微型探頭在所希望的聚焦深度上獲得盡可能好的分辨率是至關重要的，而當前的微光學制造方法缺乏減輕這些非色差的能力。

我們開發了一種超薄單片光學相干斷層掃描內窺鏡，通過使用雙光子聚合將125微米直徑的微光學器件直接印刷到光纖上，克服了這些限制（如下圖所示）。

圖解：a. 這款3D打印OCT內窺鏡在動脈內的示意圖；b. 熔接到導光單模光纖上的無芯光纖尖端，及位于其上的3D打印離軸自由面全內反射（TIR）鏡的顯微鏡圖像；c. 系統的光學設計；d. 3D打印OCT內窺鏡的照片，通過旋轉并向后拉以完成完整的3D OCT掃描

研究人員將一根450微米長度的無芯光纖拼接到一根20厘米長的單模光纖上，在光束到達3D打印自由曲面微光學器件之前對其進行擴展。為了實現這一段無芯光纖的拼接，他們首先將一段較長的無芯光纖拼接到單模光纖上，然后使用自動玻璃處理器和直列式切割刀將其切割到450±5微米。使用雙光子光刻系統將光束整形微光學器件直接3D打印到無芯光纖的遠端，該系統通過直接連接到系統的光纖支架進行了改進。

3D打印微光學器件的自由曲面通過全內反射改變光束的方向并使其聚焦。該表面還補償了由透明聚合物導管鞘(內徑為0.386毫米，外徑為0.457毫米)。光纖組件固定在薄壁扭矩線圈(內徑為0.26毫米，外徑為0.36毫米，)內。扭矩線圈允許旋轉和線性運動從成像探頭的近端精確地傳遞到遠端，從而實現3D掃描。成像探頭在導管鞘內自由旋轉，導管鞘保持靜止，并在3D掃描期間保護生物組織。

探針表征

嚴重患病的人頸動脈的光學相干斷層掃描成像。

圖解：a. OCT圖像橫截面圖；b. a圖部分的Masson三色染色顯示，藍色箭頭表示似乎含有纖維蛋白、血小板和細胞碎片的血栓；c. 另一幅OCT圖像的橫截面圖；d. c圖同一區域的Masson三色染色顯示，紅色箭頭指向纖維帽和鄰近的壞死核心。

小鼠主動脈的原位光學相干斷層掃描成像

動脈粥樣硬化小鼠主動脈的原位光學相干斷層掃描成像

該技術避免了光纖和微光學器件之間的手動對準，并確保亞微米對準精度。這項技術是第一個實用和可靠的制造方法，像差校正高度小型化內窺鏡探頭。